BÀI LUẬN môn HỌC đề tài tính toán thiết kế máy sấy lạnh sản lượng 50kgmẻ môn thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
----------

BÀI LUẬN MÔN HỌC
Đề tài: Tính toán thiết kế máy sấy
lạnh sản lượng 50kg/mẻ
Môn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt
GVHD: T.S NGUYỄN HIẾU NGHĨA
Nhóm SVTH:
Vũ Văn Hảo

16062971

Văn Nguyễn Tiến Dũng

16051801

Phạm Hoàng Hải

16046581

TP. HCM, ngày 31 tháng 05 năm 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG
NGHIỆP TPHCM
Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ

NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CUNG CẤP NHIỆT
Họ và tên:

Vũ Văn Hảo

MSSV:

16062971

Văn Nguyễn Tiến Dũng

16051801

Phạm Hồng Hải

16046581

Khoa: Cơng nghệ nhiệt lạnh

Năm học:

2018-2019

Tên đề tài
Tính tốn và thiết kế máy sấy lạnh để sấy Mít có năng suất 50 kg/mẻ
I/ Thơng tin thực hiện đề tài:
Số liệu cho trước:

Loại vật liệu: Mít
Năng suất: 50 kg/mẻ
II/ Nội dung đề tài:
- Nghiên cứu lý thuyết về cơng nghệ sấy bơm nhiệt
- Tính tốn thiết kế máy sấy lạnh theo nguyên lí bơm nhiệt
- Phân tích, đánh giá các kết quả thực nghiệm.
III/ Ngày giao nhiệm vụ: 10/1/2019
IV/ Ngày hồn thành nhiệm vụ:

Bộ mơn

Giảng viên hướng dẫn


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................

....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................


Mục lục
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................1
Chương 1: Tổng Quan..........................................................................................2
1.1

Giới thiệu đề tài........................................................................................2

1.1.1
1.2

Lý do chọn đề tài...............................................................................2

Giới thiệu về vật liệu sấy..........................................................................3

1.2.1 Sơ lược về quả mít................................................................................3
1.2.2 Thành phần hóa học của mít..................................................................3
1.2.3 Lý do chọn vật liệu sấy.........................................................................4
1.2.4 Các quy trình thực hiện sấy...................................................................4
Chương 2: Cơ sở lý thuyết....................................................................................5
2.1 Lựa chọn phương án sấy.............................................................................5
2.2 Sấy lạnh ( sấy bơm nhiệt )............................................................................5
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy.......................................................7
Chương 3: Lựa chọn phương án và tính tốn q trình sấy...................................9
3.1

Lựa chọn phương án sấy...........................................................................9

3.2

Các Thơng Số Tính Tốn..........................................................................9

3.2.1

Vật Liệu Sấy...................................................................................9

3.2.2

Tác Nhân Sấy.....................................................................................9

3.4

Tính Tốn Q Trình Sấy Lý Thuyết và Thực Tế..................................11

3.4.1 Đồ Thị I-d...........................................................................................11
3.4.2

Tính Tốn Q Trình Sấy................................................................11

Chương 4: Tính Tốn và Thiết Kế Sấy Lạnh......................................................26
4.1 Chọn môi chất............................................................................................26
4.1.1 Chọn môi chất nạp..............................................................................26
4.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ................................................................................26
4.1.3 Nhiệt độ bay hơi..................................................................................26
4.1.4 Nhiệt độ hơi hút..................................................................................27
4.1.5 Tính tốn chu trình..............................................................................27
4.1.6. Tính tốn lưu lượng mơi chất tuần hồn qua hệ thống:......................29
4.2.Tính chọn máy nén.....................................................................................30
4.2.1. Tính tốn chu trình ở chế độ u cầu.................................................30


4.2.2 Tổn thất năng lượng và công suất động cơ..........................................32
4.3. Dàn ngưng (Thiết bị gia nhiệt khơng khí).................................................33
4.4. Dàn bay hơi (Thiết bị làm lạnh khơng khí)...............................................35
4.5. Chọn Đường ống dẫn môi chất.................................................................36

4.5.1. Đường ống đẩy...................................................................................36
4.5.2 Đường ống hút....................................................................................37
Chương 5: TÍNH TỐN TRỞ LỰC VÀ CHỌN QUẠT....................................38
Chương 6: TÍNH THỜI GIAN HOÀN VỐN......................................................42
Bản vẽ Cad thiết bị và sơ đồ nguyên lý...............................................................47
KẾT LUẬN.........................................................................................................49
Tài liệu tham khảo.............................................................................................50


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

LỜI CẢM ƠN
Từ những ngày đầu bước chân vào giảng đường đại học cho đến lúc hồn thành đề
tài này, em ln nhận được sự quan tâm chỉ dạy và sự giúp đỡ tận tình của các thầy
các cơ. Qua luận văn này, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:
 Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
 Ban chủ nhiệm Khoa Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh
 Q thầy cơ đã tận tình chỉ dạy em trong thời gian học tập tại trường.
 Cuối cùng, em muốn nói lời cám ơn đến ba mẹ cùng mọi người trong gia đình đã
quan tâm, lo lắng, động viên em trong những ngày học tập xa nhà.
 Em xin được gửi đến quý thầy cô, ba mẹ cùng tất cả mọi người lời chúc sức khoẻ và
lời cám ơn chân thành nhất !

TPHCM, ngày 10 tháng 01 năm 2019
SVTH: Vũ Văn Hảo
Văn Nguyễn Tiến Dũng
Phạm Hoàng Hải

Page: 1


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Chương 1: Tổng Quan
1.1 Giới thiệu đề tài
1.1.1 Lý do chọn đề tài
- Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, có bờ biển dài hơn 3000
Km, độ ẩm khơng khí thường trên 70%, nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 38 oC. Khí hậu
nóng ẩm là điều kiện thuận lợi để nấm mốc và các loại vi sinh vật có hại phát triển làm
hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng, thuốc chữa bệnh…. Bên
cạnh đó, nước ta lại là một nước nơng nghiệp, trình độ khoa học kỹ thuật cịn lạc hậu. Có
nhiều địa phương do khơng có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông sản sau thu
hoạch nên thường bán thốc bán tháo với giá rẻ khi mùa thu hoạch đến. Có khi giá trị đạt
được chỉ khoảng 20% so với giá trị thực của nó. Để tránh được tình trạng đó và để đa
dạng hố các loại sản phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm, nâng
cao thu nhập cho người nông dân, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm sau thu
hoạch là một yêu cầu cần thiết trong thời gian hiện nay.
Ngày nay, nhu cầu về chất lượng của sản phẩm ngày càng đòi hỏi khắt khe, đặc
biệt là các loại sản phẩm cần giữ màu sắc và mùi vị như kẹo, hoa quả, thuốc chữa
bệnh…. Hơn nữa, trong những năm gần đây, Việt Nam đã có nhiều bước tăng trưởng
mạnh về nông - lâm - ngư nghiệp. Để có thể cạnh tranh được trong thời kỳ hội nhập
WTO thì bắt buộc các sản phẩm sấy của chúng ta phải đảm bảo chất lượng và uy tín cao.
Với các loại rau, củ, quả, dược liệu… khi sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các
chất hoạt tính sinh học như hóc mơn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… và làm thay
đổi chất lượng sản phẩm. Vì thế, sấy lạnh bằng nguyên lý bơm nhiệt là một phương pháp
bảo quản sau thu hoạch đáp ứng được những yêu cầu khắt khe về chất lượng sau khi sấy.

Bởi vì tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt độ sấy thấp nên quá trình sấy xẩy ra tại nhiệt độ
thấp hơn so với các phương pháp sấy thơng thường do đó hạn chế được sự thay đổi
khơng có lợi về màu sắc và mùi vị tự nhiên của sản phẩm.
Như vậy, việc tìm tịi và phát triển rộng các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh thực
phẩm, nông sản sau thu hoạch, lâm sản, dược liệu là một yêu cầu cấp bách khuyến khích
phát triển nơng nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, sản xuất các mặt hàng thay thế nhập
khẩu và xuất khẩu ra thị trường thế giới, tiết kiệm năng lượng, giảm vốn đầu tư và giá
thành sản phẩm.
Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt-lạnh được xem là có khả năng tiết kiệm năng lượng
nhất hiện nay [1]. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng để hút ẩm và sấy
lạnh thấy rằng bơm nhiệt có rất nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rải trong
Page: 2


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ
thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần giữ trạng
thái, màu mùi, chất dinh dưỡng và không cho phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn [2].
Hiện nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và ứng dụng sấy lạnh dùng bơm nhiệt
và đã có hiệu quả thực tiễn cao. Tuy nhiên, chưa có tài liệu nào nói rõ việc tính tốn thiết
kế một hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt cụ thể. Vì vậy, nhóm đã chọn đề tài: “Thiết kế
hệ thống sấy Mít nhiệt độ thấp sử dụng sấy lạnh” để làm đề tài tìm hiểu của nhóm.

1.2 Giới thiệu về vật liệu sấy
1.2.1 Sơ lược về quả mít
Mít là loại cây gỗ to, cao 15 ¿ 20m (có thể hơn). Cành non có lơng mềm gồm nhiều hoa,
bao hoa hình ống có hai phiến dính nhau ở hai đầu, nhị

có bao phấn rộng, cụm hoa cái mọc trên thân hoặc
cành già, hình bầu dục, có nhiều hoa, bao hoa hình trụ.
Quả mít là quả phức to hình bầu dục, vỏ ngồi có
nhiều gai nhọn gồm nhiều quả thịt mềm, hạt to. Quả
mít lúc thu hoạch có khối lượng từ (4 - 25) kg. Quả
mít có thể dài từ (20 - 90) cm; đường kính từ (15 - 50)
cm. Mổi quả Mít có thể có 100 - 500 hạt tương ứng
với 100 - 500 múi ( Mỗi múi là một quả đơn).
Mít là cây mọc hoang dại trong các vùng rừng
mưa ở Ấn Độ. Mít ưa khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều,
Mít chịu hạn tốt nhờ bộ rể ăn sâu và kém chịu úng.
Hiện nay, Mít được trồng nhiều ở các nước: Ấn Độ,
Hình 1 Hình ảnh quả mít và múi mít
Xrilanca, Lào, Việt Nam, Thái Lan…và đã trở thành
loại cây ăn quả quan trọng của nhiều nước. Thái Lan có diện tích trồng Mít là 40700 ha;
Philippin 13000 ha; Malaysia 1500 ha…[3].

1.2.2 Thành phần hóa học của mít
Phần thịt ăn được của quả Mít chiếm 25 – 40 % trọng lượng của quả. Trong 100g phần
này chứa 72 – 77,2g nước; 1,3 – 2g protein; 0,1 – 0,4g chất béo; 18,9 – 25,4g
carbohydrat; 0,8 – 1,1g chất xơ; 0,8 – 1,4g tro; Vitamin A chiếm 175 – 540 đơn vị quốc
tế; Niacin 0,9 – 4 mg; Vitamin C từ 8 – 10g.[3]
Phần khơng ăn được của quả Mít giàu Pectin dùng để chế biến Mứt. Hạt chứa 70%
tinh bột; 5,2% Prơtít; 0,62% chất béo; 1,4% muối khống. Hạt Mít có thể được sấy để
làm thực phẩm thay thế gạo.
Page: 3


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

1.2.3 Lý do chọn vật liệu sấy
Mít là loại cây ăn quả có giá trị, giá thành thấp và cũng là một cây thuốc quý.
Ngày nay, đã có rất nhiều sản phẩm chế biến từ quả mít được nhiều người ưa chuộng
như: Mít sấy, thức ăn từ hạt Mít, các loại nước ép từ Mít và Mít đóng hộp.... Ở Việt Nam,
đã có rất nhiều công ty thành công trong việc xuất khẩu ra thị trường thế giới các sản
phẩm từ hoa quả đặc biệt là Mít. Điển hình là cơng ty Vinamit. Tuy nhiên, công nghệ sấy
hoa quả của các công ty này vẫn là nhập các dây chuyền công nghệ sấy thăng hoa và
dùng hơi nước từ nước ngoài nên giá thành sản phẩm vẫn cịn khá cao.

1.2.4 Các quy trình thực hiện sấy
Nguyên liệu mít thường quả mít chín tự nhiên thân mềm, mắt mít nở to, gai khơng
nhọn. Sau khi thu mua về, người ta phân loại loại bỏ những quả mít bị hư thối, sâu bệnh.
Loại bỏ vỏ, hột và các sớ mít bằng thủ cơng. Giữ lại múi mít để đem sấy. Múi mít
có màu vàng óng, cùi dày, vị ngọt bùi, xơ mít màu vàng nhạt hoặc màu trắng. Trong q
trình này phân loại múi mít đồng đều để đảm bảo hiệu suất tốt nhất.

Cắt lát:
Để tạo cảm quan cho sản phẩm cũng như tăng hiệu quả cho q trình sấy, múi mít thường
được cắt thành lát mỏng bằng các máy cắt. Yêu cầu của sản phẩm sau q trình cắt phải
đồng đều về kích thuớc, khơng bị dập nát,..Sản phẩm sau sấy dễ đóng gói và bảo quản.

Sấy khô: Sấy (ở nhiệt độ 30-50C) theo phương pháp sấy lạnh.

Hình 2 Mít sau khi sấy

Đóng gói và bảo vệ sản phẩm: Đóng gói bằng túi hút chân khơng hoặc đóng gói theo
u cầu khách hàng.

Page: 4


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Mít sấy khơ, mít sấy giịn : là sản phẩm dạng lát kích thước theo nhu cầu của khách
hàng. Ứng dụng: sử dụng làm thức ăn.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Lựa chọn phương án sấy
Trong quá trình sấy rau quả xảy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ
học và các biến đổi bất lợi khác làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Những biến đổi
cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp... Hàm lượng vitamin
trong rau quả sấy thường thấp hơn trong rau quả tươi vì chúng bị phá hủy một phần trong
quá trình sấy và xử lý trước khi sấy.
Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều
kiện để ẩm thoát ra khỏi rau quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng
loại sản phẩm.
Mít cũng là loại quả có màu sắc và mùi vị rất đặc trưng. Vì vậy, khi sấy Mít ta
cũng cần tìm những biện pháp để giữ lại những nét đặc trưng của loại quả này. Ta chọn
hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt để sấy Mít

2.2 Sấy lạnh ( sấy bơm nhiệt )

Hình 3 Thiết bị sấy lạnh

Sấy lạnh là hệ thống sử dụng nhiệt thải của hệ thống lạnh kết hợp với bộ cấp nhiệt
phụ để có thể điều chỉnh chính xác nhiệt độ sấy cần cung cấp cho buồng sấy, sử dụng hệ

thống lạnh nhằm 2 mục đích chính là làm khơ khơng khí sấy trước khi đưa trở lại buồng
sấy và tận dụng nguồn nhiệt từ dàn nóng để làm nóng khơng khí sấy. Điều quan trọng
nhất của hệ thống này là phương pháp tách ẩm để làm khơ hồn tồn khơng khí trước khi
Page: 5


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

đưa trở lại buồng sấy, yếu tố này khô nhanh hơn dù sấy ở nhiệt độ thấp hoặc cao. Tuy
nhiên vì yếu tố kỹ thuật nên các hệ thống sấy bơm nhiệt thường chỉ làm việc ở nhiệt độ <
40oC
Nguyên Lý Hoạt Động
-Hệ thống sấy lạnh này gồm các bộ phận chính như Dàn Lạnh, Dàn Nóng, Máy Nén, Van
Tiết Lưu, bộ phận điều khiển và các bộ phận phụ khác. Nó cũng tương tự như máy lạnh 2
cục

Hình 4 Nguyên lý sấy lạnh

Hình ảnh trên mơ tả q trình ln chuyển của khơng khí sấy bên trong máy sấy lạnh,
tác nhân sấy sau khi đi qua buồng sấy sẽ bị giảm nhiệt độ và mang nhiều hơi nước từ sản
phẩm thoát ra, phần khí này được đưa đến dàn lạnh để ngưng tụ hơi nước ( làm khơ
khơng khí ), tiếp theo sẽ đi qua dàn nóng để làm nóng nhiệt độ đến nhiệt độ sấy cần thiết
và cuối cùng khơng khí khơ nóng này đi qua buồng sấy để làm khơ sản phẩm. Nó diễn ra
liên tục cho khi đạt yêu cầu về nhiệt độ sấy
Ưu điểm của Sấy Bơm Nhiệt
-Sấy bơm nhiệt có ưu điểm giữ màu sắc sản phẩm đẹp hơn, giữ chất dinh dưỡng tốt hơn,
màu sắc đẹp hơn…
-Nhiệt độ sấy phù hợp với nhiệt độ với hầu hết các loại rau củ quả, dược liệu, tinh bột

-Chi phí hoạt động được tiết kiệm hơn, khơng khí đưa vào buồng sấy có độ khơ rất cao,
giúp sản phẩm khô nhanh hơn
Page: 6


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Nhược điểm của sấy lạnh
+ Giá thành thiết bị cao,tiêu hao điện năng lớn.
+ Cấu tạo thiết bị phức tạp,thời gian sấy lâu.
+ Rị rỉ mơi chất lạnh ra mơi trường có thể làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
cũng như ảnh hưởng đến chât lượng của thực phẩm.
Các vật liệu sấy lạnh
+ Các loại thực phẩm, vật liệu địi hỏi tính thẩm mỹ và hiệu suất cao
+ Các loại thực phẩm như: Xồi, Chuối, Mít, Cà Rốt, Khoai Tây, Gỗ q…

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sau đây xin nêu lên một số yếu tố chủ yếu
bao gồm :
1.Bản chất vật liệu:
Cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm,..
2.Hình dáng vật liệu sấy:
Kích thước mẫu sấy,chiều dày lớp vật liệu,…Trong trường hợp các điều kiện khác nhau
khơng đổi ta có thể xem như tốc độ sấy tỷ lệ với tỷ số giữa bề mặt của các phần tử vật
liệu sấy với thể tích của nó. Bề mặt vật liệu sấy càng lớn thì quá trình sấy tiền hành càng
nhanh.
3. Độ ẩm trong vật liệu sấy:
Bao gồm độ ẩm đầu (M1),độ ẩm cuối của vật liệu sấy (M2), đồng thời cả độ ẩm tới hạn

của vật liệu (Mkx1)
4. Độ ẩm tương đối của khơng khí,nhiệt độ và vận tốc của khơng khí:
Nhiệt độ khơng khí càng cao, vận tốc khơng khí càng lớn, độ ẩm tương đối của khơng
khí càng nhỏ thì tốc độ giảm ẩm trong vật liệu sấy diễn ra càng nhanh,nhưng thực tế nhiệt
độ khơng khí khơng thể vượt q nhiệt độ sấy cho phép của từng loại vật liệu cụ thể, vận
tốc của tác nhân sấy cũng khơng thể q lớn vì cịn phụ thuộc vào điều kiện làm việc và
chế độ sấy.
5. Tác nhân sấy:
Page: 7


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Có thể sấy bằng khơng khí được gia nhiệt bằng điển trở hay bộ trao đổi nhiệt khí-hơi
hoặc khí khói hay bằng cách hịa trộn khói lị với khí ngồi trời thành tác nhân sấy
6. Chênh lệch nhiệt độ đầu và cuối của tác nhân sấy:
Nhiệt độ cuối giảm ít thì nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy càng cao, do đó tốc độ sấy
cũng tăng.Nhưng không nên chọn nhiệt độ cuối q cao vì khơng sử dụng triệt để nhiệt.
7 Cấu tạo máy sấy, chế độ sấy :
Có thể nói vận tốc sấy tỉ lệ với tỷ số giữa bề mặt (F) bốc hơi với thể tích (V) của sản
phẩm sấy (F/V). Nếu V cố định,Khi F tăng thì vận tốc sấy tăng
Trên đây trình bày một số nhân tố cơ bản có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sấy và thời
gian sấy mà người thiết kế máy sấy cần biết để khi tiến hành sấy một vật liệu cụ thể thì để
chọn những điều kiện sấy thích hơp nhất
Để lập được một quy trình sấy và xác định kích thước hợp lý của thiết bị sấy cần phải
xác định được thời gian sấy từ độ ẩm ban đầu đến độ ẩm cuối đã xác định trước.Ngồi
ra,phải cịn xét đến các yếu tố khác nhau có ảnh hưởng đến thời gian sấy. Để xác định
thời gian sấy trước hết ta phải xác định và phân biệt đươc một số khái niệm cơ bản bao

gồm đồ thị đường cong sấy, đồ thị tốc độ sấy và đồ thị nhiệt độ vật liệu sấy và nhiệt độ
tác nhân sấy

Page: 8


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Hình 5 Đồ thị đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

Hình 6 Đồ thị đường cong nhiệt độ vật liệu sấy

Chương 3: Lựa chọn phương án và tính tốn q
trình sấy
3.1 Lựa chọn phương án sấy
Như đã trình bày ở các chương trên, các loại rau quả rất nhạy cảm với nhiệt độ sấy
cao. Vì vậy cần có phương án sấy thích hợp để rau quả sấy đạt chất lượng cao, giữ
nguyên được màu sắc và mùi vị. Mít cũng là loại quả có màu sắc và mùi vị rất đặc trưng.
Vì vậy, khi sấy Mít ta cũng cần tìm những biện pháp để giữ lại những nét đặc trưng của
loại quả này. Từ những phân tích về hiệu quả của sấy lạnh ở chương 1, ta chọn hệ thống
sấy lạnh sử dụng để sấy Mít.

Page: 9


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

3.2 Các Thơng Số Tính Tốn
3.2.1 Vật Liệu Sấy
Ở đây ta chọn vật liệu sấy là Mít. Các thơng số của Mít:
+ Độ ẩm ban đầu :
Độ ẩm ban đầu của hoa quả phụ thuộc theo mùa, theo vùng miền…. và phụ thuộc
vào từng loại. Với Mít, độ ẩm ban đầu nằm trong khoảng 72 – 77 % [3] . Ta chọn độ ẩm
trung bình ban đầu của Mít là ω1 = 74%.
+ Độ ẩm cuối:
Theo nhiều sách tham khảo người ta thường sấy các loại quả đến độ ẩm từ 15 ÷
25%. Với Mít ta chọn ω 2 = 15%. [3]
+ Khối lượng một mẻ sấy:
Ta có:

G2 = 50 kg/mẻ.
G2 .(100−w 2 ) 50 .(100−15 )
=
100−w
100−74
1
G1 =
= 163,46 kg/mẻ

ρ
+ Khối lượng riêng: m = 1052,63 kg/m3.

3.2.2 Tác Nhân Sấy
Ta chọn tác nhân sấy là khơng khí với các thơng số sau:
* Thơng số ngồi trời
Thơng số trung bình trong năm của khơng khí tại Thành Phố Hồ Chí Minh

-

Nhiệt độ trung bình: t0 = 32 0C.

ϕ

- Độ ẩm trung bình : 0 = 78 %.
* Thơng số khơng khí trước khi vào thiết bị sấy
-

Nhiệt độ tác nhân sấy vào và ra thiết bị sấy: t2 = 40 0C.

- Tốc độ gió là 2-3 m/s. Ta chọn ω = 2 m/s.
* Thông số khơng khí sau thiết bị sấy

Page: 10


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Thơng số khơng khí sau thiết bị sấy phải cao hơn nhiệt độ đọng sương của khơng
khí để tránh hiện tượng đọng sương trong buồng sấy. Từ điểm O(320C;78%) trên đồ thị Id ta dóng theo đường d = const ta có ts = 40oC.
-Nhiệt độ tác nhân sấy sau thiết bị sấy được chọn sao cho nó phải lớn hơn nhiệt độ đọng
sương. Ta chọn t3 = 40 0C
* Thông số không khí sau dàn lạnh
- Nhiệt độ: chon t1 = 16 0C.
- Quá trình làm lạnh trong dàn lạnh thường đạt đến trạng thái bão hịa nên nhiệt
độ khơng khí sau dàn lạnh có thể lấy ϕ 1 = 100%.

*Kích Thước Buồng Sấy
Các kích thước cơ bản gồm Chiều dài L, chiều rộng B, chiều cao H. Trong đó, chiều
dài L xác định theo thời gian sấy và năng suất sấy. Đối với thiết bị sấy buồng chiều dài
xác định theo yêu cầu duy trì chế độ sấy đồng đều. Chiều dài càng lớn, chế độ sấy
càng kém đồng đều nhưng càng tận dụng được nhiệt của mơi chất. Vì vậy cần chọn
hợp lý.



Vật liệu sấy là mít
Năng suất buồng sấy: Gb = G1 = 164 kg

 Tính tốn các kích thước của buồng sấy
 Kích thước khay sấy: Skh = Dài x rộng = 2,1(m) x 1,2(m) =2,52 m2
 Khối lượng mít trên một khay sấy: Gm =14,5 kg
 Mật độ phân bố mít trên 1 khay
kg/m2
 Tổng diện tích cần thiết để sấy hết khối lượng mít ban đầu
m2
 Số khay sấy cần thiết

Chọn số khay sấy là n=12 khay
Page: 11


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Tính lại : 12x14,5=174kg

 Phù hợp với 12 khay sấy cho hệ thống sấy
 Chọn các thông số
+ Độ dày khay sấy: 0,003m
+ Đục lỗ : 60% Diện tích khay
+ Khoảng hở giữa các khay sấy: 0,1m
+ Sử dụng khay sấy có bánh xe để đẩy
+ Khoảng hở phía trên và dưới: 0,1m
+ Khơng gian 2 bên vách 0.1 m
 Tính tốn được các kích thước của buồng sấy: Dài(D) x Rộng(R) x Cao (H)
+ L = 2,1+0,05.2=2,3m
+ R = 1,2+0,05.2=1,3m
+ H = (n-1).0,12+0,12.2=2,1m
Kích thước buồng sấy là :
L x B x H = 2,3 x 1,3 x 2,1 m

3.4 Tính Tốn Q Trình Sấy Lý Thuyết và Thực Tế
3.4.1 Đồ Thị I-d

Hình 7 Đồ thị i-d

Page: 12


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Điểm 0: Trạng thái khơng khí ngồi trời.
Điểm 1: Trạng thái khơng khí trước khi vào dàn nóng
Điểm 2: Trạng thái khơng khí trước khi vào buồng sấy

Điểm 3: Trạng thái khơng khí ra khỏi thiết bị sấy
Điểm 4: Trạng thái khơng khí ở thời điểm bắt đầu ngưng tụ ẩm.
3- 4 : Q trình làm lạnh khí thải đến điểm ngưng tụ ẩm
4 -1 : Quá trình ngưng tụ ẩm trong dàn lạnh
1 -2 : Quá trình gia nhiệt đẳng dung ẩm trong dàn nóng
2 -3 : Q trình sấy trong thiết bị sấy

3.4.2 Tính Tốn Q Trình Sấy
a) Các thơng số tại điểm nút
1) Điểm 0
- Nhiệt độ: t0 = 32 0C.

ϕ
- Độ ẩm tương đối: 0 = 78 %.
- Phân áp suất bão hoà của hơi nước:
4026 , 42
12−
235 , 5+t 0
Pbh = exp

(

)

(3.1)

4026 , 42
12−
(
235 , 5+32 ) = 0,04726 bar

= exp
- Dung ẩm của khơng khí:
do = 0,621.

φ . Pbh
P−φ . Pbh

(3.2)

Trong đó :
+P : áp suất khí trời = 1 bar
Vậy do = 0,621.

0,78.0,04726
= 0,02377 kg/kgkkk
1−0,78.0,04726

Page: 13


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

- Entanpi của khơng khí ngồi trời:
I0 = 1,0048.t0 + d0(2500 + 1,842.t0)

(3.3)

I0 = 1,0048.32 + 0.02377.(2500 + 1,842.32)

= 92,98 kJ/kg
2) Điểm 1:
- Nhiệt độ: t1 = 16 0C.
- Độ ẩm tương đối : ϕ 1 = 100%.
- Phân áp suất bão hoà:
Với t1 = 16 0C, thay vào công thức (4.1) ta có Pb1= 0,01814 bar.
- Dung ẩm của khơng khí:
Thay t1, ϕ 1 vào cơng thức (4.2) ta có:
d1 = 0,621.

φ1 . P b 1
1.0,01814
= 0,621. 1−1.0,01814 =0,01147 kg/kgkkk.
P−φ 1 . Pb 1

- Entanpi:
Thay các thông số của điểm 1 vào cơng thức (4.3) ta có:
I1 = 1,004.16 +0,01147.(2500 + 1,842.16)
= 45,09 kJ/kgkkk.
2) Điểm 2:
- Nhiệt độ: t2 = 40 0C.
- Dung ẩm: Do quá trình sấy là quá trình đẳng dung ẩm nên ta có:
d2 = d1 = 0,01147 kg/kgkkk.
- Phân áp suất bão hoà:
Với t2 = 400C, thay vào cơng thức (4.1) ta tính được :
Pb2 = exp(12−

4026,42
) = 0,07371 bar.
235,5+ 40

Page: 14


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

- Độ ẩm tương đối:
φ 2=

P . d2

(4.4)

( 0,621+ d 2 ) . Pb 2

=

1.0,01147
= 23,8 %.
( 0,621+ 0,01147 ) .0,07371

- Entanpi:
I2 = 1,004.t2 + d2(2500 + 1,842.t2)

(4.3)

= 1,004.40 + 0,01147.(2500 + 1,842.40)
= 68,5 kJ/kgkkk.

3) Điểm 3:
- Nhiệt độ: t3 = 40 0C
Chọn ϕ 3 = 65 %.
- Dung ẩm:
Từ công thức (4.4) ta suy ra: d3 =0,03101 kg/kgkk
- Entanpi là :
I3 = 1,004.t3 + d3(2500 + 1,842.t3)

(4.3)

= 1,004.40 + 0,03101.(2500 + 1,842.40)
= 120 kJ/kgkkk.
4) Điểm 4
- Độ ẩm:

ϕ 4 = 100%.

- Dung ẩm: d4 = d3 = 0,03101 kg/kgkkk.
- Phân áp suất bão hoà:

Pb4 = 0,621.
=0,621.

P . d4

( 0,621+d 4 ) . φ 4

1. 0,03101
=0.04756 bar
( 0,621+ 0,03101 ) .1

Page: 15


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

- Nhiệt độ:

Nhóm:4

4026 , 42
−235 ,5
12−ln
P
b
4
t4 =
=

4026,42
−235,5= 32,11 0C.
12−ln ⁡(0,04756)

- Entanpi: Thay các giá trị t4,d4 vào cơng thức (4.3) ta có:
I3 = 1,004.t4 + d4(2500 + 1,842.t4)

(4.3)

= 1,004.32,11 + 0,03101.(2500 + 1,842.32,11)
= 111,623 kJ/kgkkk.

Bảng 1 Thông số tại các điểm nút của q trình sấy lí thuyết
Thơng số
t (°C)
Pbh (bar)
φ (%)
d
(kgẩm/kgkkk)
I (kJ/kgkk)

Điểm 0
32°C
0,04726
78

Điểm 1

100

Điểm 2
40C
0,07371
23,8

Điểm 3
40C
0,073
65

Điểm 4
32,11C

0,047
100

0,02377

0,011

0,011

0,031

0,031

92,98

45,09

68,5

120

111,623

16°C

0,01814

b) Tính Thời Gian Sấy
*Thời gian đốt nóng vật liệu
τo =

Fo . R
a

2

Trong đó Fo chuẩn số Furie
-Xác định chuẩn số Bio nhờ sự tương quan giữa sự trao đổi nhiệt trên bề mặt và tính dẫn
nhiệt của nó
Bi =

α q . R 55,8.0,0025
=
= 0,25
0,546
λ

Với R là độ dày vật liệu tính bằng; 0,0025 m
λ là hệ số truyền nhiệt của vật liệu: λ = 0,546 W/mK
α q : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu

Page: 16


Môn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

0,6

α q = 3,6 ( v k . ρk )
¿¿

Nhóm:4

= 3,6.¿ ¿ = 48,8 W/m2.K

Với vk: Vận tốc dịng khí m/s
ρ k: khối lượng riêng khơng khí tại nhiệt độ sấy

R: Bán kính vật liệu sấy
-Chuẩn số nhiệt độ θT xác định đại lượng vật liệu tại 1 điểm bất kì
θ=

t k −θ1 40−33,96
=
= 0,7
40−32
t k −θo

Với tk là nhiệt độ trung bình của tác nhân sấy trong buồng sấy = 40oC
θ o là nhiệt độ vậy liệu sấy ban đầu

θ o= to

θ1 là nhiệt độ bề mặt bay hơi của vật liệu θ1 = tư3

Từ hệ số θT và Bi ta tra đồ thị quan hệ Bio – Fo ta được Fo = 1,2
Ta có a: Hệ số khuếch tán nhiệt của vật liệu
λ

0,546

a= ρ .C =
= 1,37.10−7
1052,63.3,765.1000
v
Vậy τ o =

2

2
F o . R 1,2.(0,0025)
=
= 54,7s = 0,015 h
−7
a
1,37. 10

-Độ ẩm cân bằng theo công thức Egoro
M e =K 1 +0,435. K 2 . ln ⁡¿

Với K1 và K2 là hằng số thực nghiệm (tra theo bảng 1.13 Sách Lý Thuyết, Tính Toán,
Thiết Kế hệ thống Sấy) chọn K1 = 2,7 và K2 = 19,5 ta có M e = 11,4 %
-Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
0,6

α q = 3,6 ( v k . ρk )
¿¿

= 3,6.¿ ¿ = 48,8 W/m2.K

Với v là vận tốc tác nhân sấy là 2 m/s
-Tính mật độ dịng nhiệt Jlb
Ta có tu0 = 25oC , tsay = 40 oC
Vậy chênh lệch nhiệt độ tác nhân sấy và vật liệu sấy là (tsay - tu0 ) = 15oC
Page: 17


Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Jlb = α q. (tsay – tb ) = 48,8.(40 -25) = 732 W/m2.độ = 2635200 J/h.m2.độ
Jm =

J q 2635200
=
= 1,054 kg / m2.h.độ
2500
r

-Tốc độ sấy: U1 =

100. J m
100.1,054
=
= 40%/h
0,0025.1052,63
R.C

Với chiều dày múi mít là 5mm

1,8

1,8

χ= M =
= 6,32.10-3
284,615
k1
Trong đó M k 1 là độ ẩm vật liệu vào buồng sấy
M1 =

Mk1
.100
100−M k 1

Với M1 = 74% => Mk1 = 284,615%
Ta có: Độ ẩm tương đối tính theo độ khơ
M kx 1 =

1
+ M kcb= 169,63 %
χ

Với Mkcb là độ ẩm cân bằng của vật liệu vào buồng sấy
Me

Mkcb = 100−M .100 = 12,87%
e
*Thời gian sấy đẳng tốc:
τ 1=

M k1 −M kx 1 284,615−169,63
=
= 2,87 giờ
40
U

-Thời gian sấy giảm tốc
τ2 =

=

−1
. ln ⁡{ χ.( M k 2−M ke ¿}
χ2. U 1
−1
. ln {0,0104.(17,64−12,87)} = 7,3h
0,0104.40
1,8

1,8

Với χ 2 = M =
= 0,0104
173,33
kx1
U: Tốc độ sấy giai đoạn đẳng tốc = 40%.h
M kcb: Độ ẩm cân bằng = 12,87 %

Page: 18

Mơn: Thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt

Nhóm:4

Vậy tổng thời gian sấy của cả 3 giai đoạn là:
τ = τ 0 + τ 1 +τ 2 = 0,015 + 2,87 + 7,3 = 10,2h

c) Tính Tốn Nhiệt
* Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy:
ω 1−ω2
74−15
=
100−ω
100−15
2
W = G1
163,46.
= 113,46 kg/ mẻ
* Lượng ẩm bốc hơi trong 1 giờ:
W
= 113,46
10,2 = 11,12 kg/h
Wh = τ

* Lượng khơng khí khơ cần thiết để làm bay hơi 1 kg ẩm:

1
1

=
d
−d
llt = 3 2 0,031−0,011 = 50 kgkk/kg
* Lưu lượng khơng khí khơ tuần hồn trong q trình sấy
Llt = W.l = 113,46.50 = 5673 kgkk/ mẻ
* Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp cho quá trình sấy để làm bay hơi 1 kg ẩm:
I 2−I 1

qlt = d 3−d 2

68,5−43,9
= 0,031−0,011 = 1230 kJ/kga

*Nhiệt lượng dàn nóng cung cấp để sấy 1 mẻ:
Qlt = W.qlt = 113,46 . 1230 = 139556 kJ
* Năng lượng tiêu hao cho quá trình sấy trong 1giây:
Qlt

Q0 lt = τ

=

139556
10,2.3600 = 3,8 kW

* Lượng ẩm ngưng tụ:
Δ dlt = d1 –d2 = 0,031 – 0,011 = 0,020 kg/kg

* Lượng nhiệt thu được từ ngưng tụ 1kg ẩm:

qll lt = llt.(I3 – I1)= 50.(120 – 43,9) = 3805 kJ/kga
* Lượng nhiệt dàn lạnh thu được:
Page: 19